高中物理 第一章 电场电场强度

高中物理 第一章 电场电场强度

第三节　电场强度 ‎ 问题探究 ‎1.在上一节内容中我们了解到,两个带电体之间能发生静电力的作用.虽然两个带电体没有接触,但是也可以彼此间产生力的作用.力怎样产生的呢? 答案:带电体在周围产生了看不见、摸不着的一种特殊的物质,即电场.某电荷对其他电荷的电场力就是通过它形成的电场对其中的电荷产生作用力的,所以我们说电场是传递电场力作用的一种媒介,电荷间不需要接触也可以产生力的作用.如电荷A对B的静电力就是电荷A产生的电场对场中B电荷产生作用力,而B电荷产生的电场也对其中的A电荷产生反作用力.‎ ‎2.既然我们看不见电场,也摸不着电场,那我们采用什么办法间接地了解电场呢? 答案：为了解看不见、摸不着的电场,我们可引入试探电荷,若测量试探电荷所受到的静电力和试探电荷的电荷量,则会发现:试探电荷所受到的静电力与电荷量的比值仅与电场本身有关,它反映了电场力的性质.‎ 自学导引 ‎1.什么是电场?它有哪些基本性质? 电场是_____________周围存在的一种_____________ (看不见,摸不着,无法称量);电场的基本性质是对放入其中的电荷有_____________的作用,电荷间的相互作用是通过_____________实现的. 答案：电荷　特殊物质　力　电场 ‎2.电场强度是描述电场哪方面性质的物理量? 电场强度是描述电场_____________的性质的物理量. ‎(1)定义:放入电场中某一点的电荷受到的_____________与它的_____________的比值,叫做这一点的电场强度.其定义式为: _____________,其单位为: _____________. ‎(2)方向:规定放在电场中某点的_____________所受到的_____________‎ 的方向为该点的电场强度方向. 答案：力 ‎(1)电场力　电荷量　E=F/q　N/q ‎(2)正电荷　电场力 ‎3.什么是电场线? 为描绘电场,在电场中画出一些曲线,使曲线上每一点的_____________都与该点的_____________一致,这样的曲线为电场线.电场是客观存在的物质,但电场线只是人们为了形象描绘电场而人为地绘出的曲线.在电场中,电场线分布越密,则该区域_____________;电场线分布越稀疏,则_____________.电场线上某点的切线方向表示该_____________处方向. 答案：切线方向　场强方向　场强越大　场强越小　场强 ‎4.电场为什么可以叠加?怎样叠加? 如果有几个点电荷同时存在,它们的电场就互相叠加.合电场中某点的电场强度等于各个电荷_____________时在该点产生的场强的_____________. 各个电荷单独存在时在该点产生的电场称为_____________,该点真实存在的电场场强为_____________.合场强与分场强之间遵循_____________. 答案：单独存在　矢量和　分场强　合场强　矢量合成定则 疑难剖析 电场强度的物理意义 ‎【例1】 对电场强度的理解，下述正确的是(　　) A.由可知，电场强度E跟放入的电荷q所受的电场力成正比 B.当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度 C.由可知，在离点电荷很近、r接近于零处，电场强度达到无穷大 D.电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关 解析：电场对处于其中的电荷施加电场力的作用是电场的一个基本性质，我们为了反映电场具有这一力的性质，引入了物理量电场强度E，E反映了电荷周围存在的特殊物质——电场本身的特性，试探电荷的引入仅仅是用来检验这一特性，因此与试探电荷存在与否无关.物理学中的点电荷是一种理想化的模型，对实际的带电体在满足它本身的线度远小于问题中所涉及的空间距离时，都可看成是点电荷，但当r→0时，就再也不能把电荷看成是点电荷了，即在r→0时已不适用. 答案：D ‎【例2】 电场中有一点P，下列哪些说法是正确的（　　） A.若放在P点的试探电荷的电荷量减半，则P点的场强减半 B.若P点没有试探电荷，则P点的场强为零 C.P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力越大 D.P点的场强方向为试探电荷在该点的受力方向 解析：为了知道电场中某点的强度，我们可以把一个试探电荷放于该点，其受到的电场力F与自身的电荷量q的比值F/q可反映该点电场的强弱，但该点的场强由电场本身决定，与试探电荷电荷量的多少、有无都无关，AB错.‎ 由E=F/q得F=Eq，当q一定时，E越大，F就越大，C选项正确. 电场中某点的场强方向规定为正电荷在该点时受到的电场力的方向，与该点的负电荷受到的电场力的方向相反.而D选项中的试探电荷可以是正电荷也可以是负电荷，若是负试探电荷，D就错了.‎ 答案：C 温馨提示:(1)电场强度反映电场本身的性质,它是由场源电荷及其空间位置决定的,与引入的试探电荷无关.公式E=F/q是定义式而不是决定式,引入试探电荷只是间接地测量电场,不能仅凭它来讨论电场强度与试探电荷受力、试探电荷的电荷量之间的数量关系. 在物理学中,运用这类方法定义的物理量比较多,如密度、速度、加速度、电阻等均是采用比值定义法描述物理意义的. ‎(2) ‎ 是真空中点电荷的电场强度决定式,可从以下几方面理解此式:它只适用于真空中的点电荷;它反映点电荷在周围空间形成电场强度与场源电荷的带电荷量(Q)有关,与场中某点到场电荷的距离有关. 在处理这两个电场强度的表达式时要注意区分形成电场的电荷和试探电荷的区别. 电场线的基本特点 ‎【例3】 如图‎1-3-1‎所示,带箭头的直线是某一电场中的一条电场线,在这条直线上有a、b两点,用Ea、Eb分别表示两处的场强大小.则（　　） 图‎1-3-1‎ A.a、b两点场强方向相同 B.由于电场线从a指向b,所以Ea>Eb C.由于电场线是直线,所以Ea=Eb D.由于不知a、b两点附近的电场线的分布情况,故Ea、Eb的大小关系不确定 解析:在电场中,电场线分布越密集,则该区域内场强越大;电场线分布越稀疏,则场强越小.图‎1-3-1‎中只给定一条电场线,无法了解该区域内电场线的稀疏情况.a、b两点附近区域的电场线分布可能有图1-3-2所示的三种情况.因此a、b两点场强大小关系不确定. 图‎1-3-2‎ 答案:AD 温馨提示:从电场线的分布了解场强大小,从其分布的疏密程度来分析,而不是从电场线的方向等因素来分析.在处理过程中要逐步形成牢固的认识.另外,这种将抽象的物理模型转化为形象的物理模型,化难为易,化繁为简的方法值得在以后的学习中迁移. 叠加场场强的计算 ‎【例4】 如图‎1-3-3‎ 所示，求等量同种电荷连线的中垂线上，离垂足O点r远处的P点的场强的大小和方向.已知两个点电荷的电荷量均为Q，相距2r. 图‎1-3-3‎ 解析：根据点电荷电场强度的合成得：  所以，方向向上. 温馨提示：先分别求出两个点电荷在P点产生的电场强度E，并确定它的方向，再按矢量合成的方法求此点合场强E′. 讨论：（1）在垂足处，场强为0. ‎（2）在中垂线上的无限远处，因r→∞，所以E也为0. 所以，等量同种电荷在中垂线上产生的电场强度分布情况：从垂足到无限远处是先增大后减小，电场强度的方向总是沿中垂线而背离O点的. 拓展迁移 人类已探明宇宙中某星球带负电,假设它是一个均匀带电的球体.已知静电常量为k. ‎(1)科学家将一带负电的粉尘置于离星球表面高度为h处,恰好处于悬浮状态.现设将同样的带电粉尘带到距星球表面2h处无初速释放,则此带电粉尘将怎样运动（　　） A.向星球地心方向下落 B.被推向太空 C.仍在那里悬浮 D.沿星球自转的线速度方向飞出 ‎(2)经研究表面:该星球的表面电场强度不为零,若星球表面电场强度平均值为E,则星球表面每平方米所带电荷量为多少? 解析:由于星球表面均匀带电,因此可将此星球带电体处理为点电荷模型,该点电荷位置处在星球球心处,带电荷量为星球表面所带电荷量.同时力学分析中也可以将星球处理为质点.设星球质量为M,粉尘质量为m,星球表面所带总电荷量为Q,粉尘带电荷量为q,星球半径为R,万有引力常量为G. 粉尘在高h处静止时,根据万有引力定律、库仑定律及平衡条件可得:‎  因此有:  说明将该粉尘带到距星球表面高2h处,该粉尘仍然悬浮在那里.故(1)应选C. 将星球处理为位于球心处点电荷时,离球心距离为R处场强为:‎ 得 星球表面单位面积上分布的电荷的电荷量为: ‎.‎